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Fundamentos de Tecnologías y Protocolos de Red Área de Ingeniería Telemática
Problema de la primera milla
Area de Ingeniería Telemática http://www.tlm.unavarra.es
Grado en Ingeniería en Tecnologías de
Telecomunicación, 3º
Fund
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Red
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Temario 1. Introducción 2. Tecnologías LAN 3. Tecnologías WAN 4. Redes de acceso
1. El problema de la primera milla 2. Tecnologías cableadas 3. Tecnologías inalámbricas
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Objetivos • Comprender la evolución de las redes y en
qué se basa el problema de la primera milla • Conocer las soluciones de acceso por fibra
más comunes • Saber diferenciar el acceso por cobre, fibra y
coaxial en las tecnologías actuales
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La Red hoy en día • Data Networking vs Voice Transfer • El efecto de la World Wide Web • Determinantes:
– IP – WDM – Conmutación de altas prestaciones – PCs
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Resultado • Core network
– Fibra – WDM – STM 256 (40Gbps) – Alta velocidad
• Metro network – Fibra, WDM – Alta velocidad
• Usuarios – PCs de gran potencia
• Access network – Cableada o inalámbrica – Unos pocos Mbps
• (…)
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• Public Switched Telephone Network
• Acceso a Internet (…)
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PSTN como red de acceso
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E1
E1
. . . E3
STM-N
E1
• Agregación
64Kbps/128Kbps
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PSTN como red de acceso
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E1
E1
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STM-N
E1
• Public Switched Telephone Network
• Acceso a Internet • Analógico (56Kbps) • Digital (64Kbps, 128Kbps,
2Mbps, 34Mbps, 45Mbps)
• Agregación
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¿Actualizar la red de acceso? • Inicialmente el tráfico con Internet era reducido (e-
mail, un poco de web…) • ¡ Llevó décadas desplegar el cableado telefónico
actual ! • ¿Se justifica económicamente cambiarla? • La burbuja de las dot-com no ha ayudado
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Tecnologías en el acceso • Cableadas
– PSTN – Cable coaxial – Fibra – PLC – xDSL
• Inalámbricas – Satélite – Fixed – WiFi – Celular – FSO
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Cable: TV • Red CATV (Community Antenna TeleVision) • En principio para resolver problemas de recepción en edificios • Posteriormente auge al introducir canales enviados por satélite • Añade acceso condicional (PPV) con RTB como canal de retorno • FDM, canales de TV de 6-8MHz en 50-550MHz • Posteriormente introducción de la TV digital • Y de la tecnología óptica: HFC (Hybrid Fiber Coaxial)
Head End
Am
plif
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or Tap
Splitter
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Cable: TV • Canal de retorno por el mismo coaxial • Transmisión desde el usuario en la banda 5-50 MHz • Con TV digital el transporte por fibra puede ser por ejemplo SDH • Se puede transportar también telefonía mediante soluciones
propietarias (no está normalizado) • Por ejemplo 30 canales TDM compartidos entre los abonados que
dependen de un mismo conversor óptico-eléctrico • Aunque en ocasiones se han tendido pares de cobre en paralelo
Head End
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Cable: Datos • Upstream 5-50 MHz, downstream 550-860 MHz • DOCSIS = Data Over Cable Service Interface Specification • De consorcio CableLabs pero aceptado por ITU y ETSI • Especifica nivel físico y MAC • Encapsulado MPEG • Downstream: 30-50Mbps, Upstream: 10-30Mbps, por portadora • Permite channel bonding
Head End
CMTS = Cable Model Termination System
CMTS
CableModem
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Cable: red troncal • Un nodo primario atiende áreas de entre miles y decenas de miles de
abonados • Un nodo primario sirve a 3-4 anillos secundarios • En un anillo secundario hay 5-6 nodos secundarios • Un nodo secundario da servicio a unos 2000 hogares
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Fibra • FTTX = Fiber To The X • Acercar la fibra al abonado • FTTH = Fiber To The Home (hasta casa) • FTTC = Fiber To The Curb (hasta la acera) • FTTB = Fiber To The Building (hasta el edificio) • FTTP = Fiber To The Premises • FTTU = Fiber To The User • FTTO = Fiber To The Office • FTTCab = Fiber To The Cabinet • Habitualmente en árbol • Puede ser punto a punto
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Fibra PON = Passive Optical Network • E-PON: Ethernet PON (802.3ah): 1Gbps, 10-20Km, Ethernet • A-PON: ATM PON (G.983.1): 155Mbps-1.2Gbps, 20Km, ATM • B-PON: Broadband PON (G.983.3): 155Mbps-1.2Gbps, 20Km, ATM • G-PON: Gigabit PON (G.984.1): 155Mbps-2.4Gbps, 10-20Km, Ethernet • XG-PON: 10G PON (G.987): 2.4-10Gbps, 60Km
OLTU
OLTU = Optical Line Terminal Unit ONU = Optical Network Unit
Splitter
ONUs
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• 802.3ah (ya es parte de 802.3) • EFMC: Ethernet in First Mile for voice-grade Copper • EFMF: Ethernet in First Mile using point-to-point Fiber topology • EFMP: Ethernet in First Mile using point-to-multipoint topology,
based on Passive optical networks (PONs)
Ethernet in the First Mile
http://metroethernetforum.org/PDFs/EFMA/efm%20optical%20tutorial%20v3.pdf
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Sobre Cobre • Punto-a-punto, solo full-duplex • Voice grade copper • Los interfaces de ambos extremos son diferentes (CO side y CPE side)
pero velocidad simétrica • 2BASE-TL: 2Mb/s@2700m, mínimo 192Kb/s, máx 5.7Mb/s, basado en
SHDSL • 10PASS-TS: 10Mb/s@750m, basado en VDSL • Son mínimos, equipos comerciales suelen soportar valores superiores
http://metroethernetforum.org/PDFs/EFMA/efm%20copper%20tutorial%20v2.pdf
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Sobre Cobre • Conectables a otras Ethernet mediante puentes • Puede usar bonding • Mecanismos OAM
– Monitorizar estado del enlace – Emplea OAMPDUs que se multiplexan con las de datos – Entre subnivel MAC y LLC
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Sobre Fibra Punto-a-punto: • 100Mb/s y 1000Mb/s • 100BASE-LX10:
– Dos SMF (10km)
• 100BASE-BX10: – Una SMF – Diferente λ cada sentido (10km)
• 1000BASE-LX10: – Dos SMF (10km) o dos MMF
(550m)
• 1000BASE-BX10: – Una SMF (10km)
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Sobre Fibra EPON: • Punto-a-multipunto pasiva • Full-duplex • Diferente λ uplink y downlink • Los interfaces extremos son
diferentes (CO side y CPE side)
• 1000BASE-PX10: – Monomodo, 10km
• 1000BASE-PX20: – Monomodo, 20km
• Al menos 1:16
• O L T c o n t r o l a c u á n d o pueden transmisir las ONUs
• MAC – Modificado para p2mp – No CSMA/CD – MPCP (Multi-Point Control
Protocol)
IEEE 802.3
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ica Sobre Fibra
Downstream
• Discovery processing: of ONUs • Report procesings: BW requests
from ONU to OLS • Gate processing: asignación de
tiempos para transmitir en uplink
Upstream
• TDMA
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Tramas de control MPCP • Mismo tipo de tramas que para flow-control con 802.3x • Ethertype 0x8808 • Campo de 2 bytes para indicar la función de control concreta
IEEE 802.3
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Ethernet OAM • Operation, Administration
and Maintenance • 802.3ah, opcional • Compatible con cualquier
Ethernet full-duplex • Objetivos:
– Remote failure indication • Indicar al otro extremo que
el camino de recepción del DTE local no funciona
– Remote loopback – Link monitoring
• OAMPDU – MAC Destino reservada,
filtrada – Ethertype 0x8809 (Slow
Protocols)
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10G-EPON • 802.3av-2009 • Modificación a 802.3-2008 • Extiende EPON:
– 10Gbps simétricos – 10Gbps downstream y 1Gbps upstream – Compatible con 1Gbps EPON: Cambia
capa física, no MAC – Al menos 10 y 20Km (según velocidad) – Split ratio de 1:16 y 1:32
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B-PON • Broadband PON • G.983.x • Downstream line rates: 155.52, 622.08 y 1244.16
Mbps • Upstream line rates: 155.52 y 622.08 Mbps • Simétricos o asimétricos (todas las combinaciones
con downtream ≥ upstream) • Fibra monomodo (un par o una sola con WDM -
diplex) • Split ratio de al menos 1:16 ó 1:32 • Upstream TDMA
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B-PON • Frame es básicamente un conjunto de celdas ATM (mayor número a mayor
velocidad) • Intercala celdas PLOAM (Physical Layer OAM) • �Churning� en el downstream para conexiones punto-a-punto empleando clave
enviada por la ONU (al menos 1 por segundo) (evitar que una ONU lea el flujo de otra)
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G-PON • Gigabit-capable Passive Optical Networks • G.984.x • Downstream 2.4 Gbps • Upstream 1.2 ó 2.4 Gbps (simétrico o asimétrico) • Máxima distancia de 10-20 Km (aceptaría hasta 60 Km) • Considera split-ratio de 1:64 ó 1:128 • Empleando una fibra única o un par • Upstream TDMA • GEM
– G-PON encapsulation method (no ATM) – Transporte orientado a conexión – Tramas de tamaño variable – Soporta fragmentación – Varias clases de servicio
• Puede transportar flujos TDM (de varias formas)
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G-PON • Ejemplo
G.984.1
o VDSL2
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XG-PON • 10-Gigabit-capable Passive Optical Network • G.987.x • Downstream 10 Gbps • Upstream 2.4 Gbps • Compatible con G-PON (diferentes wavelengths) • Hasta 60 Km
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Resumen • Desajuste de velocidades con cuello de
botella en el acceso • Acercamiento de la fibra al usuario • Fibra directa o en red pasiva • Soluciones por coaxial herederas de la
TV por cable
